通常采用臭氧氧化可生物降解過程相組合工藝，可降低臭氧用量和運行費用。目前，在大多數(shù)情況廢水的臭氧氧化單元置于多及生物降解系統(tǒng)中的化學(xué)氧化之前，有時也置于化學(xué)氧化處理單元后面（即O3-生物處理-O3系統(tǒng)）。
1、消毒
在飲用水中臭氧消毒現(xiàn)在相當(dāng)普及,廢水排入受納水體之前，需要對廢水進行消毒以達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如希望將處理過的水直接作為灌溉用水或工藝用水時更應(yīng)進行消毒,而且要比飲用水的臭氧投加量更多。常用的消毒劑是用氯和二氧化氯用于消毒，并且成功地控制了病毒污染，但卻不能控制寄生蟲污染 而且氯可形成的鹵化消毒副產(chǎn)物(尤其是三鹵甲烷,THMS),由于生成潛在的消毒副產(chǎn)物，因此人們對臭氧的用途越來越感興趣。
在進行化學(xué)消毒的設(shè)計時，經(jīng)常使用Chick-Watson定律中的ct值的概念（游離消毒劑濃度c乘以有效接觸時間t）。對一給定的失活度，即微生物對數(shù)濃度大約遞減值為2或3（去除為99%或%），多種微生物的ct值都有報道。大量過去和近的研究證實，分子態(tài)的臭氧是一種十分有效而且很有前途的消毒劑，效果優(yōu)于游離氯、二氧化氯、氯胺和羥基自由基。微生物的相對抵抗能力大致遵循以下順序遞增：細菌、病毒和寄生胞囊。
為了破壞廢水中的有毒物質(zhì)而對無機化合物進行臭氧氧化，主要局限于的去除。在金屬加工和電子工業(yè)的電解處理工藝中，使用頻繁，它可以以游離態(tài)CN-的形成存在，但是更多的情況下是與鐵或銅結(jié)合，以絡(luò)合物形態(tài)存在。在氰離子濃度高于5mg/L時，臭氧與游離氰離子反應(yīng)速度很快，表明反應(yīng)可能由傳質(zhì)過程控制，而絡(luò)合的對于分子態(tài)臭氧的攻擊作用非常穩(wěn)定。因此，在這種情況下，選用臭氧可產(chǎn)生羥基自由基更有前途。通過臭氧氧化可以去除廢水中亞硝酸鹽（NO2-）和硫化物（H2S/2-）。這兩類物質(zhì)與臭氧反應(yīng)速度都很快。
3、有機化合物的氧化
工業(yè)廢水中帶來問題的物質(zhì)大部分是有機物。通常，要處理所含物質(zhì)不同、濃度各異的混合液（濃度可以從mg/L到g/L）。廢水臭氧處理的主要任務(wù)是：
*轉(zhuǎn)化有毒化合物
*對溶解有機碳（DOC）中生物難降解的成分進行部分氧化，主要感目的在于提高后續(xù)的生物降解性能
*去除色度
與飲用水處理相似，很難用經(jīng)濟的方法將DOC礦化，建議采用臭氧氧化與其他工藝組合的方法。處理過程的成功與否是用總體DOC去除來衡量。臭氧氧化系統(tǒng)已經(jīng)用于處理廢水，如垃圾滲濾液、紡織、制藥和化學(xué)工業(yè)的廢水。這些水中的主要污染物是難降借有機物，可分類如下：
*垃圾滲濾液中的腐殖質(zhì)（褐色或黃色）和可吸附的有機鹵化物（AOX）
*紡織廢水中的有色（聚）芳香簇化合物（這類物質(zhì)常常與大量金屬離子Cu，Ni，Zn，Cr）混合在一起）
*制藥和化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的有毒或殺生性物質(zhì)（例如農(nóng)藥）
*化妝品和其他工業(yè)產(chǎn)生的表面活性劑
*紙漿和造紙廢液中的COD及有色物質(zhì)在廢水臭氧氧化系統(tǒng)中，常見的運行問題是產(chǎn)生泡沫，形成草酸鈣、碳酸和氫氧化鐵（Fe（OH）3）淀物，他們很容易阻塞反應(yīng)器、管道或閥門，和會對泵造成損壞。
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